Appunti Servizi Generali di Impianto

Servizi generali d'impianto

21/09/2021

Piping, valvole e coibentazione

I piping sono un insieme di elementi (condotti, giunti e raccordi), anche articolati, che necessitano di valvole. Possono essere:

• Centrifughi: il fluido è prodotto in una unità centrale e distribuito alle utenze;
• Centripeti: il fluido viene trasportato dalle utenze verso un punto di raccolta.

Gli elementi tipici sono ad esempio: tubi, elementi di raccordo e di tenuta (giunti, raccordi, deviazioni, flange, guarnizioni, ecc.), organi di intercettazione o di regolazione, accessori (manometri, misuratori di portata, filtri, compensatori di dilatazione, scaricatori di condense, ecc.).

Organismi internazionali e nazionali

I principali organismi internazionali per l’emanazione di norme tecniche sono:

• ISO International Organization for Standardization - organizzazione non governativa a livello mondiale per l’elaborazione di norme tecniche. Fondata nel 1947 con sede a Ginevra.
• EN Comité Européen de Normalisation - identifica le norme elaborate dal CEN. Le norme EN devono essere obbligatoriamente recepite dai Paesi membri dell’Unione Europea.

I principali organismi nazionali, invece, sono: ANSI American National Standards Institute - Stati Uniti, AFNOR Association Française de Normalisation – Francia, DIN Deutsche Industrie Norm – Germania, UNI Ente nazionale italiano di unificazione – Italia, BS British Standard – Gran Bretagna.

Caratteristiche comuni dei piping

• Diametro nominale;
• Pressione nominale.

Diametro nominale (DN)

Nel piping, il diametro nominale DN è un valore convenzionale con cui vengono individuati i diametri dei componenti meccanici assialsimmetrici. Serve come riferimento univoco per individuare la grandezza dei diversi elementi accoppiabili in una tubazione (tubi, flange, valvole, ecc.). Non coincide necessariamente con il diametro interno o esterno. Nello specifico, fa riferimento al diametro interno per materiali metallici e cementizi, al diametro esterno per i materiali plastici.

Il valore del diametro nominale non ha unità di misura poiché questo non coincide con il valore in millimetri di nessuna delle grandezze citate. Esempio: DN/ID 50 designa una tubazione metallica i cui elementi hanno lo stesso diametro nominale: tubo DN 50, valvola DN 50. Oppure DN/OD 32 designa una tubazione plastica i cui elementi hanno lo stesso diametro nominale: tubo DN 32, valvola DN 32.

I valori normalizzati di DN seguono in modo approssimato una serie di Renard R10 avente ragione 1,25 (pari a arrotondato al secondo decimale).

Pressione nominale (PN)

La pressione nominale PN è un’indicazione convenzionale in base alla quale vengono calcolati gli elementi delle tubazioni. Viene determinata in base alla pressione di esercizio e tiene conto, oltre che della pressione effettiva esistente nella tubazione, anche delle condizioni specifiche di esercizio.

I valori normalizzati di PN seguono in modo approssimato una serie di Renard R5 avente ragione 1,6 (pari a arrotondato al secondo decimale):

Esempio: PNXX significa che il fluido nella condotta può assumere la pressione massima di XX [bar] in condizioni normali. La pressione nominale corrisponde alla pressione di esercizio in bar solo per il coinvolgimento di acqua – fluido non pericoloso - a temperatura non superiore a 120 [°C].

All’aumentare della temperatura, la pressione nominale diminuisce a seconda delle normative specifiche per ogni diverso tipo di fluido. La pressione di esercizio si riduce al 80% di quella nominale per:

• Fluidi non pericolosi fra 120 e 300 [°C];
• Fluidi pericolosi, in relazione alle caratteristiche chimiche, a temperature inferiori a 120 [°C].

La pressione di esercizio si riduce al 64% di quella nominale per:

• Fluidi non pericolosi con temperature da 300 a 400 [°C];
• Fluidi pericolosi a temperature maggiori di 120 [°C].

La PN viene principalmente utilizzata nel sistema standard europeo (DIN, EN, BS, ISO). Nel sistema standard americano si impiega come descrittore comune la classe di pressione LB: intervallo di pressione 75LB, 150LB, 300LB, 400LB, 600LB, 900LB, 1500LB, 2500LB. LB (dal latino libra) designava la scala di pesatura ma al tempo stesso anche la scala di valore monetario.

DN, PN e spessore

Nel piping due elementi per essere accoppiabili devono avere il medesimo DN e la stessa pressione nominale PN. DN e PN, inoltre, sono molto importanti per il calcolo dello spessore s della tubatura, utile alla stima della resistenza meccanica e alla corrosione.

Formula di Mariotte per lo spessore s:

Dove [Pa] è la resistenza a trazione del materiale (anche PN va espressa in [Pa]), Di è il diametro interno e De diametro esterno.

I materiali per i piping

I condotti metallici possono essere:

• In ghisa sferoidale, materiale molto solido ed affidabile poiché non ha problemi rilevanti di corrosione. Permette interramenti anche in terreni aggressivi senza particolari protezioni da prendere sul sito, aumentando notevolmente la durata della vita delle condotte. È impiegata nella produzione di tubi per il trasporto d’acqua potabile. L’unico svantaggio è il costo.
• In acciaio, ha caratteristiche meccaniche migliori della ghisa. Ha grande resistenza unita alla tenacità che consente di sopportare elevati valori di sollecitazioni. Buona affidabilità nel tempo dovuta alla conservazione delle caratteristiche meccaniche e tecnologiche tipiche anche in presenza di variazioni più o meno cicliche delle condizioni, garantendo e mantenendo sempre elevati fattori di sicurezza. Ha massima adattabilità per tutti i tipi di tracciati. Ha un costo e peso per unità di lunghezza decisamente inferiori rispetto alla ghisa.

Esistono diverse classi di tubi a seconda dell’impiego: classe commerciale (tubi economici senza saldatura per impieghi generali), classe per applicazioni meccaniche (tubi lavorati), classe speciale (tubi ad elevata resistenza meccanica in acciai legati).

Materiali plastici

I materiali plastici possono essere:

• In PVC, tubi rigidi largamente utilizzati, ma non adatti per pressioni di esercizio superiori a PN16 e per temperature superiori a 60 [°C] o per frequenti variazioni di temperatura. Usati per scarichi civili e industriali (color mattone), condotte in pressione (color grigio), pozzi (color azzurro).
• In HDPE (polietilene ad alta densità), tubi non rigidi che hanno superficie estremamente liscia quindi con bassa formazione di incrostazioni. Usati per il trasporto e la distribuzione di acqua potabile o da potabilizzare (color nero e blu) e per la distribuzione di gas combustibili (giallo e nero).
• In polietilene a bassa densità LDPE o PEBD, non adatte per il trasporto e la distribuzione di acqua potabile, negli impianti antincendio, per usi industriali e in tutte le applicazioni che richiedono condizioni di esercizio costantemente in pressione. Usato in sistemi di irrigazione fissi e mobili in agricoltura ed orticoltura - colore nero con strisce identificative verdi.
• In PP (polipropilene), tubi con ottime proprietà dielettriche, usati per scarico di acque reflue e piovane all'interno dei fabbricati adibiti ad uso civile ed industriale, o per la ventilazione di impianti di scarico. Esiste anche il polipropilene rinforzato multistrato PP-RCT usato per il trasporto di acqua calda e fredda, sistemi di riscaldamento centralizzati, sistemi di raffrescamento, distribuzione sanitaria e aria compressa.
• Resina poliestere rinforzata con fibre di vetro PRFV («vetroresina»), tubi con peso limitato, lunga durata, resistenza ai raggi UV, limitate perdite di carico. Utilizzati per condotte di reti fognarie e di drenaggio, sistemi di accumulo, anche per DN di elevate dimensioni.

Esistono anche i materiali cementizi i quali hanno maggiore fragilità, minori caratteristiche meccaniche ed idrauliche rispetto all’acciaio. Per i grandi diametri venivano usati per le fogne e smaltimento delle acque reflue.

Rappresentazione simbolica delle condutture

I colori hanno un significato molto importante. Ciò è riassunto nell'Allegato XXVI TU 81/08:

La rappresentazione può avvenire anche con simboli, come ad esempio avviene nei disegni tecnici:

Sistema di etichettatura per sostanze chimiche pericolose

Per le sostanze pericolose, invece, avremo un sistema di etichettatura:

Sistema GHS - Globally Harmonized System of classification and Labelling of Chemicals

Giunti, raccordi e guarnizioni

Sono elementi necessari per permettere il collegamento delle parti e realizzare il percorso che il piping deve coprire. Si possono distinguere i collegamenti fissi, ovvero che una volta fatti sono irreversibili (ad es. saldatura, che può essere eterogena o saldatura autogena a seconda del fatto che venga apportato materiale in più), e collegamenti rimovibili, ovvero collegamenti che possono essere rimossi senza alterare la struttura delle parti collegate (ad es. giunto a “bicchiere”, mediante “flange”, mediante “giunto a manicotto”, mediante giunto a “compressione” in PP).

Come collegamenti rimovibili esistono anche i compensatori di dilatazione, utilizzati per il trasporto di fluidi di servizio a temperature alte.

Per quanto riguarda le guarnizioni industriali, possiamo avere guarnizioni ad anelli (o ring joint), ovvero guarnizioni necessarie per evitare fuoriuscite molto versatili, e guarnizioni spirometalliche (o baderne), ovvero costituite da nastri metallici accoppiate con materiale di riempimento.

Progettazione di un piping

È la progettazione di un circuito di distribuzione fluidi. L’obiettivo è il corretto dimensionamento degli elementi del piping, ad es. DN e le perdite di carico. In particolare, molta attenzione deve essere posta sulle perdite di carico, ovvero perdite di pressione. Esse sono essenzialmente di due tipi:

• Perdite di carico lineari (o distribuite): sono perdite dovute all’attrito tra il fluido e le superfici interne dei condotti in relazione alle rugosità. Per stimare queste perdite si utilizzano relazione analitiche o, in maniera più semplice, utilizzando appositi nomogrammi: le rette in rosso sono a diametro costante in pollici, le rette in blu sono a velocità v del fluido costante. Tra le due, dal punto di vista del dimensionamento è uguale la scelta, poiché partiremo dalla portata (Q [litri/h]). Le perdite di carico lineari sono espresse in millimetri di colonna d’acqua per metro di lunghezza [m.c.a./m]. 1 mm di colonna d’acqua [m.c.a.] = 9,8065 Pascal [Pa]
• Perdite di carico concentrate (o accidentali): che si trova nei raccordi, giunti e valvole. Perdite che il fluido di servizio subisce passando attraverso questi elementi.

Ogni elemento ha una sua specifica perdita di carico. Essa si valuta nella maniera analitica nel seguente modo:

∆ = = 9806,65 . . .

È necessario conoscere il coefficiente d’attrito per usare questa formula. In alternativa, si può trasformare questi elementi, aventi ciascuno un certo valore di perdita concentrata, in una lunghezza equivalente ad una condotta lineare che avrà come valore le stesse perdite di carico concentrate ma viste come distribuite:

Trasformiamo le valvole in lunghezze equivalenti che andremo ad aggiungere alla lunghezza lineare. Per fare ciò viene utilizzata una tabella come la seguente:

Per trasformare si va nella tabella, e, in base alla valvola ed al diametro, si trova il valore equivalente in metri. Avremo quindi un circuito fittizio di L = 13,6 m, le cui perdite potranno essere ricavate attraverso il nomogramma.

Dimensionamento linee di distribuzione per aria compressa

Si dimensionino i vari tratti del circuito avvalendosi dei diagrammi allegati. Si valutino le perdite di carico lungo il circuito ai fini del calcolo della pressione finale alle utenze e si verifichi il bilanciamento dei vari tratti.

Esempio: Dimensionamento linee di distribuzione per aria compressa dalla tabella allegata si ricava la portata d’aria oraria (in litri normali ovvero Ndm³, massa contenuta in un dm³ alle condizioni di 0°C e pressione atmosferica, ovvero “condizioni di aria libera”) necessaria per il funzionamento dei vari utensili.

• Paranco 2000 Nl/min (Ndm³/min);
• Avvitatore pneumatico 1000 Nl/min (Ndm³/min);
• Trapano pneumatico 1200 Nl/min (Ndm³/min);

Abbiamo una rete a pettine con un compressore, dove l’aria viene poi distribuita in modo tale da raggiungere delle utenze nei punti A, B e C. I dati sono riportati in figura.

Caratteristiche principali:

• Avvitatori pneumatici per viti da 25 a 35 mm, 900-1350 φ per fori fino a 20 in acciaio.
• Trapani pneumatici 900-1300.
• Smerigliatrici mola DN150 x S25 mm 1000-1500 pneumatiche.
• Sabbiatrici pneumatiche 1000-1400.
• Pistole per verniciatura a spruzzo media 200-300.
• Martelli pneumatici medio-pesanti 500-750.
• Paranchi pneumatici da 150 a 1500 kg 700-2000.
• Sollevatori per autocarri stazioni di servizio 500-700.

Inizialmente si calcola la portata d’aria complessiva Q (somma delle singole utenze) quindi è:

Q = 2000 + 2x1000 + 5x1200